JP2010225606A

JP2010225606A - 固体電解コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP2010225606A
Application number: JP2009067859A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Furusawa; 古澤　　厚志; Hiroaki Izu; 博昭伊豆
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】本発明によれば、耐ヒートサイクル特性に優れた電解コンデンサおよびその製造方法が提供する。
【解決手段】陽極体の表面に誘電体皮膜と陰極層とを順次形成してコンデンサ素子を作製する工程と、前記陰極層と陰極端子とを導電性接着剤を介して接続する工程と、を有する固体電解コンデンサの製造方法において、導電性接着剤は、銀粉末と、ビスフェノール型エポキシ樹脂と、希釈剤とを含有し、希釈剤の含有量が０〜１５重量％であることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
【選択図】図１

Description

この発明は、固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。

固体電解コンデンサ１は、従来から図１に示す構成が知られている。これは、弁金属の焼結体である陽極体３の周面に誘電体皮膜４を形成し、該誘電体皮膜４上に陰極層５を形成している。陰極層５は、固体電解質層、カーボン層及び銀ペースト層を具えている。陽極体３の一面からは陽極リード部材３ａが引き出され、陽極端子２０に抵抗溶接により取り付けられる。陰極端子３０は、導電性接着剤１０により陰極層５に取り付けられる。コンデンサ素子２は外装樹脂７により密閉され、陽極端子２０及び陰極端子３０は、外装樹脂７から突出して、該外装樹脂７の周面に沿って折曲げされる。外装樹脂７は周知の如く、端子を取り付けたコンデンサ素子２を金型に入れ、エポキシ樹脂等の合成樹脂を射出成形して形成する（例えば、特許文献１）。

ここで弁金属とは、電解酸化処理により緻密で耐久性を有する誘電体皮膜が形成される金属を指し、タンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン等が該当する。また、固体電解質には、二酸化マンガン等の導電性無機材料、又はＴＣＮＱ錯塩やポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリアニリン系等の導電性高分子の導電性有機材料を用いることができる。

陽極リード部材３ａは、陽極端子２０に接続強度の強い抵抗溶接にて取り付けている。これに対し、陰極端子３０をコンデンサ素子２に抵抗溶接にて取り付けると、陰極層５が抵抗溶接の電極に挟まれ損傷するおそれがあるから、導電性接着剤１０にて取り付けている。また、導電性接着剤には、銀粉末、熱硬化性樹脂、希釈剤等を含有する導電性接着剤が多く使用されている。

特開２０００−２１６０６０号公報

近年、需要が高まっている車載用途の電子部品は、耐熱性、耐湿性、耐ヒートサイクル特性を要求されている。特に、車載用途の固体電解コンデンサに要求される耐ヒートサイクル特性は、一般用途の固体電解コンデンサと比較して非常に高い。通常、ヒートサイクル試験では、約１５０℃の温度差を約５サイクル繰返したときの特性変化を評価するが、車載用途の固体電解コンデンサでは１０００サイクル以上繰返す。そのため、従来の固体電解コンデンサは、一般用途で要求される耐ヒートサイクル特性を容易に満足することができるが、車載用途で要求される耐ヒートサイクル特性を満足することが、非常に困難である。特に、ヒートサイクルの繰り返し回数が多くなった場合、従来ヒートサイクル試験では問題になっていなかった、固体電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）の増大が顕著になり問題となっている。

そこで、本発明者らは、従来の固体電解コンデンサで所望の耐ヒートサイクル特性が得られない原因を検討したところ、導電性接着剤中に存在する微細な気泡が、導電性接着剤の亀裂の起点となり、ヒートサイクルによって亀裂が進展し、ＥＳＲが増大することを見出した。そして、該気泡が導電性接着剤に含有される希釈剤に起因しているという考えの下、希釈剤の含有量を下げた導電性接着剤を用いることによって、従来の固体電解コンデンサと比較して格段に耐ヒートサイクル特性に優れた固体電解コンデンサを提供できることを見出した。

即ち、本発明は、陽極体の表面に誘電体皮膜と陰極層とを順次形成してコンデンサ素子を作製する工程と、陰極層と陰極端子とを導電性接着剤を介して接続する工程と、を有する固体電解コンデンサの製造方法において、導電性接着剤は、銀粉末と、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と、希釈剤とを含有し、希釈剤の含有量は０〜１５重量％であることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

また、本発明は、陽極体の表面に誘電体皮膜と陰極層とを順次形成してコンデンサ素子を作製する工程と、陰極層と陰極端子とを導電性接着剤を介して接続する工程と、を有する固体電解コンデンサの製造方法において、導電性接着剤は、銀粉末と、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とを含有し、希釈剤を含有しないことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

さらに、導電性接着剤は、希釈剤以外の成分として、液状フェノールを含有することが好ましい。

本発明によれば、ヒートサイクルによるＥＳＲ低下を抑制した固体電解コンデンサおよびその製造方法が提供される。

本発明の固体電解コンデンサの断面図である。

本発明の固体電解コンデンサに用いる導電性接着剤は、エポキシ樹脂と、銀粉末とを含有している。また、該導電性接着剤には、希釈剤が含有されていないことが特に好ましく、希釈剤を含有している場合であっても、導電性接着剤全量に対する希釈剤の含有量は１５重量％以下であることが好ましい。

これは、加熱硬化したあと後の導電性接着剤中に、希釈剤に起因する気泡を残留させないためである。従来の固体電解コンデンサに用いる導電性接着剤は、導電性接着剤全量に対する希釈剤の含有量が１５重量％超過と比較的多いため、硬化後の導電性接着剤の内部に気泡が多数残留する。該気泡は、完成した固体電解コンデンサの耐ヒートサイクル特性の低下を引き起こす原因となる。これは、ヒートサイクルによって、導電性接着剤中に残留した気泡を起点とするクラックが発生し、該クラックが導電性接着剤全体に伸展し、その結果、導電性接着剤の電気抵抗が増大するためである。本発明の固体電解コンデンサに用いる導電性接着剤は、希釈剤を含有していない又は希釈剤の含有量が非常に少量であるため、硬化後の導電性接着剤中に気泡が残留しにくく、高い耐ヒートサイクル特性を達成することができる。

導電性接着剤が希釈剤を含有する場合、希釈材としてエチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、１−メチル−２ピロリドンブチルジグリコールアセテート、２，２，４−トリメチル−３−ヒドロキシジペンタンイソブチレート、２，２，４−トリメチルペンタン−１，３−イソブチレート、イソブチルブチレート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサン、タピネオール、テルピネオール等を使用することができる。また、エポキシ樹脂と反応する希釈剤として、例えばフェニルグリシジルエーテル、エチルヘキシルグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、プロピルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル等を用いることができる。

エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂，ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂などを使用することができる。特に、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂は、硬化前の導電性接着剤の粘度を下げることができるため作業性に優れ、さらに人体への影響が小さいため好ましい。

さらに、前記導電性接着剤は、希釈剤以外の成分として液状フェノール樹脂を含有することが好ましい。液状フェノール樹脂を含有することによって、導電性接着剤中の希釈剤の含有量を減少させることができる。さらに、硬化後の銀粉末とエポキシ樹脂との密着性を向上させ、接着強度及び耐ヒートサイクル特性を向上させることができる。液状フェノール樹脂の含有量は、導電性接着剤の全量に対して、１〜１０重量％であること好ましい。

銀粉末の平均粒子径は、２〜１０μｍであることが好ましく、２〜５μｍであることが特に好ましい。これは、２μｍ以上であると、陰極層と陰極端子との接続面に対して平行方向の電気抵抗が低くなるという点で好ましく、５μｍ以下であると、陰極層と陰極端子との接続面に対して垂直方向の電気抵抗が低くなるという点で好ましいからである。また、平均粒子径が異なる２種類以上の銀粉末を混合して使用することができ、大径の銀粉末と小径の銀粉末の平均粒子径の比は５：１〜５：３であることが好ましく、大径の銀粉末と小径の銀粉末の重量分率による配合比は５：９５〜１０：９０であることが好ましい。これにより、銀粉末の充填率を高くしても、導電性接着剤の接着力を維持したまま電気抵抗を低くすることができ、さらに硬化後の耐ヒートサイクル特性を向上することができる。なお、銀粉末の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡を用いて測定する。

前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤としては、公知の硬化剤を使用することができる。例えば、アミン化合物、酸無水化合物、イミダゾール化合物、オルガノホスフィン化合物等が挙げられ、これらは単独で使用しても、複数種を混合して使用してもよい。

続いて、本発明の実施の形態にかかる製造方法について、図１に基づいて説明する。

まず、弁金属からなる陽極体３の表面に誘電体皮膜４を形成する。弁金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンを用いることができ、陽極体３としては、陽極リード３ａを植立させた前記弁金属の焼結体で形成される。また、誘電体皮膜４としては、前記陽極体３をリン酸などを含有する化成液に浸漬し電圧を印加することによって形成する。

そして、前記誘電体皮膜４の表面に、陰極層５として、固体電解質層、カーボン層及び銀ペースト層を順次形成することによって、コンデンサ素子２を形成する。なお、固体電解質層としては、二酸化マンガン等の導電性無機材料、又はＴＣＮＱ錯塩やポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリアニリン系等の導電性高分子などの導電性有機材料を用いることができる。

導電性接着剤１０は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、銀粉末とを配合し混練する。導電性接着剤１０の混練には、３本ロール型混練機等の公知の混練機等を使用して、均一になるまで混練する。導電性接着剤１０の粘度は、塗布する際の作業性の観点から、１００〜２００Ｐａ・ｓが好ましい。なお、粘度測定には、ＢｒｏｏｋＦｉｅｌｄ社製、ＨＢＴ型粘度計を使用し、スピンドル：１４号、回転数：１０ｒｐｍの条件で測定した。

続いて、前記コンデンサ素子２に、陽極端子２０および陰極端子３０を接続する。陽極端子２０とコンデンサ素子の陽極リード３ａとは、スポット溶接などの公知の方法によって電気的に接続される。陰極端子３０とコンデンサ素子の陰極層５とは、本発明の導電性接着剤１０を介して電気的に接続される。導電性接着剤１０は、前記陰極端子３０と前記陰極層５との接続面に、公知の手法により塗布される。そして、前記陰極端子３０上に導電性接着剤を介して前記陰極層５が配置された後、１５０〜２００℃、３０〜９０分の条件で熱処理することによって、導電性接着剤１０が硬化する。

そして、前記コンデンサ素子２は、射出成型などの公知の方法によって外装樹脂７で密閉され、該外装樹脂から露出した陽極端子２０及び陰極端子３０は、該外装樹脂７の周面に沿って折曲げされ、本発明の固体電解コンデンサ１が完成する。

＜実施例１＞
タンタルからなる陽極リードを植立してタンタル金属粉末を焼結した陽極体を作製した。該陽極体を、リン酸を含有する化成液で化成処理することで、該陽極体表面に誘電体皮膜を形成した。そして、陰極層として、ポリピロールからなる固体電解質層と、カーボン層と、銀ペースト層とを順次形成し、コンデンサ素子を作製した。

次に、エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を７重量％と、銀粉末を８６重量％と、液状フェノールを５重量％とを含有する導電性接着剤を作製した。該導電性接着剤は、３本ロール型混練機を用いて均一になるまで混合し作製した。なお、実施例１の導電性接着剤は、希釈剤を含有していない。

続いて、陰極端子と前記コンデンサ素子の陰極層は、導電性接着剤を介して電気的に接続させた。なお、導電性接着剤は、１６５℃、６０分の条件で硬化させた。陽極端子と前記コンデンサ素子の陽極リードとは、スポット溶接によって接続した。

最後に、前記コンデンサ素子は射出成型によって外装樹脂で密閉し、該外装樹脂から露出した陽極端子及び陰極端子を該外装樹脂の周面に沿って折曲げ、固体電解コンデンサを作製した。
＜実施例２＞
導電性接着剤が、エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を２重量％と、銀粉末を７９重量％と、希釈材として１−メチル−２ピロリドンブチルジグリコールアセテートを８重量％と、液状フェノールを５重量％とを含有していること以外は、実施例１と同様の方法で電解コンデンサを作製した。
＜比較例１＞
導電性接着剤が、エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を７重量％と、銀粉末を６７重量％と、希釈材として１−メチル−２ピロリドンブチルジグリコールアセテートを１７重量％と、液状フェノールを７重量％とを含有していること以外は、実施例１と同様の方法で電解コンデンサを作製した。
＜比較例２＞
導電性接着剤が、エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を７重量％と、銀粉末を８２重量％と、希釈材として１−メチル−２ピロリドンブチルジグリコールアセテートを８重量％とを含有し、液状フェノールを含有していないこと以外は、実施例１と同様の方法で電解コンデンサを作製した。

上記実施例及び比較例にかかる固体電解コンデンサの定格電圧は６．３Ｖ、定格容量は３３０μＦ、外形は７．３×４．３×２．８ｍｍとした。ＥＳＲの測定周波数は、１００ｋＨｚとして、ヒートサイクル試験前後のＥＳＲとを測定し、ヒートサイクル試験後ＥＳＲ変化率を算出した。なお、ヒートサイクル試験は、試験温度を−５５〜１０５℃、繰り返し回数を５００サイクル及び１４００サイクルとした。また、ＥＳＲは、同様にして作製した固体電解コンデンサ２０個の平均値を示す。結果を表１に示す

表１より、実施例１及び２の固体電解コンデンサは、比較例１の固体電解コンデンサと比較して、ヒートサイクル試験５００サイクル後のＥＳＲ変化率は同程度であるが、ヒートサイクル試験１４００サイクル後のＥＳＲ変化率が大幅に小さい。このことから、希釈剤の含有量が少量の導電性接着剤を用いた固体電解コンデンサは、耐ヒートサイクル特性に優れていることが分かる。

さらに、実施例１の固体電解コンデンサは、実施例２の固体電解コンデンサと比較して、ヒートサイクル試験５００サイクル後及び１４００サイクル後のＥＳＲ変化率が小さい。このことから、希釈剤を含有していない導電性接着剤を用いた固体電解コンデンサは、耐ヒートサイクル特性に優れていることが分かる。

また、実施例１及び２の固体電解コンデンサは、比較例１の固体電解コンデンサと比較して、ヒートサイクル試験５００サイクル後のＥＳＲ変化率は同程度であるが、ヒートサイクル試験１４００サイクル後のＥＳＲ変化率が大幅に小さい。このことから、液状フェノールを含有する導電性接着剤を用いた固体電解コンデンサは、耐ヒートサイクル特性に優れていることが分かる。

今回開示した実施の形態及び実施例は、本発明を説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の発明を限定する様に解すべきでない。本発明は、特許請求の範囲内及び均等の意味の範囲内で自由に変更することができる。例えば、実施の形態及び実施例に記載の固体電解コンデンサは、弁金属の焼結体からなるコンデンサ素子を挙げたが、これに限らず、弁作用金属箔の周面に、誘電体皮膜、陰極層を順次形成してなるコンデンサ素子にも適応することができる。

１固体電解コンデンサ、２コンデンサ素子、３陽極体、４誘電体被膜、５陰極層、７外装樹脂、１０導電性接着剤、２０陽極端子、３０陰極端子

Claims

陽極体の表面に誘電体皮膜と陰極層とを順次形成してコンデンサ素子を作製する工程と、前記陰極層と陰極端子とを導電性接着剤を介して接続する工程と、を有する固体電解コンデンサの製造方法において、
前記導電性接着剤は、銀粉末と、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と、希釈剤と、を含有し、
前記希釈剤の含有量は０〜１５重量％であることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
陽極体の表面に誘電体皮膜と陰極層とを順次形成してコンデンサ素子を作製する工程と、前記陰極層と陰極端子とを導電性接着剤を介して接続する工程と、を有する固体電解コンデンサの製造方法において、
前記導電性接着剤は、銀粉末と、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と、を含有し、希釈剤を含有しないことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
前記導電性接着剤は、希釈剤以外の成分として、液状フェノールを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。